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物理考点:力的合成与分解内容解析
2015.09.18 12:02

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受力分析是一个基础,且看似简单其实很有难度的考点,这篇文章,主要介绍的是对物体进行受力分析步骤中最核心最关键的一步,即力的正交分解运算。

在初中阶段,我们研究的所有的力,都是基于一维(一条直线)方向的。两个力的运算很简单。或者是方向相反,或者方向相同的,计算要么是加法(方向相同),要么就是相减(方向相反)。

现实情况是,物体的受力总是很复杂,大多都不在一条直线上,总是有一个或多个夹角的,如何来求解和计算呢?

这就是力的合成与分解的来源。或者说,力的合成与分解是解决不在一条直线上的力的运算的。力的分解计算中,最常见的,就是力的正交分解法

力的合成与分解

力的正交分解

物体受到多个力作用时,可将各个力沿两个相互垂直的方向进行正交分解,再分别沿这两个方向求出合力。力的正交分解法,是处理多个力作用用问题的基本方法。

力的正交分解是力的分解的特殊情况

从概念来看,力的正交分解,是力的分解的一种特殊情况,是力在两个正交坐标轴上进行投影运算的。从计算的依据看,力的正交分解与普通的力的合成与分解,都遵循平行四边形定则。

正交分解的基本步骤介绍

(1)建立两个垂直的坐标系

正确选择合适的直角坐标系,一般来说,我们选共点力的作用点为原点,水平方向或物体运动的速度方向为X轴,垂直的为Y轴,尽量让较多的力落在坐标轴上。

(2)正交分解所有的力。即分别利用三角函数关系,将各力投影在正交的坐标轴上,分别求出坐标轴上的合外力大小。

X轴方向

Fx=F1x+F2x+…+Fnx

Y轴方向

Fy=F1y+F2y+…+Fny

物体所受的合外力的大小计算为:F合=√Fx2=Fy2(根号下Fx的平方加Fy的平方),合外力的方向(与x轴的夹角)可由平行四边形法则或者力的封闭三角形法则求得。

接下来的事儿,就是根据牛顿第二定律、直线运动,或者机械能相关的定理与定律进行分析和计算了。力的正交分解内容,到此为止。

正交分解的原因?

为什么要对力进行正交分解呢?我们数学学习了坐标系的概念,在两个垂直的坐标轴上,进行力的运算(投影)就有了数学依据。还有,就是三角函数知识的学习,也为力的正交投影提供了理论支撑。

力的分解,是受力研究中重要一步,也是接下来借助牛顿运动定律和能量动量的考点,对物体的动力学行为或能量、动量问题进行分析的根基。

就给同学们梳理这些内容,受力分析,是物理学中非常重要的内容,力的正交分解,是解决受力问题的重要工具和方法。除了进行力的正交分解外,力的封闭三角形法则也是一个补充受力分析手段。这些内容,大家可以到高中物理网查阅我们整理的文章,多用些功夫,把这里的考点内容掌握牢固。

参考文献

力的分解http://gaozhongwuli.com/zongjie/b1/59.html

文章作者

文/赵武;高中物理教师,物理网兼职编辑。

文章首发高中物理网,转载请予以注明,谢谢。

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